Rentgenová spektroskopie horkého hustého plazmatu

Výzkum v oblasti rentgenové spektroskopické diagnostiky horkého hustého plazmatu je založen na aplikacích spektrometrů o vysokém rozlišení [1, 2] vyvinutých ve FZÚ AV ČR, v.v.i. V současnosti se soustředíme na dva tematické okruhy.

Interakce vysokoteplotního plazmatu s povrchy pevných materiálů (obecně známá jako interakce plazmatu se stěnami) je extenzívně studována v souvislosti s vývojem materiálů pro budoucí fúzní reaktory. Pilotní experimenty provedené na laserovém systému PALS [3, 4] byly zaměřené na studium plazmatu ve srážkové, interpenetrační a stagnační zóně poblíž povrchu sekundárních terčíků vystavených účinku plazmových výtrysků. Přesná měřená rentgenová emisní spektra vodíku a hliníku podobných iontů byla interpretována záchytem, srážkami a termalizací dopadajících plazmových svazků při jejich interakci se vstřícně expandující látkou stěn. Na základě Dopplerových posuvů opticky tenkých satelitních přechodů byly prvně změřeny rychlostní profily dopadajích iontů [5]. Úspěšné experimenty iniciovaly nový výzkumný projekt zaměřený na studium přechodných jevů odehrávajících se při povrchu materiálů vystavených energetickým plazmovým tokům.

Druhá oblast rentgenových spektroskopických studií je zaměřena na identifikaci a kvantitativní vyhodnocení procesů doprovázejících evoluci středně a silně vázaného plazmatu. Jemná struktura pozorovaná v profilech spektrálních čar a jejich satelitech je interpretována jevy radiačního transportu [6], výměny náboje [7] včetně kaskádování jedno- a dvojnásobně excitovaných iontových stavů [8], výskytu a distribuce silných elektrických polí generovaných kolektivním pohybem nabitých částic [9, 10] nebo externě vnesených do plazmatu jednofrekvenčními elektromagnetickými (laserovými) poli [11].

Jednoznačná identifikace těchto polních efektů otevírá široký prostor pro nový typ experimentů: mapování distribuce elektrických polí, studium pronikání laserových polí do plazmatu a charakterizaci lokálních Langmuirových oscilací v důsledku fluktuací hustoty plazmatu. Přesné spektroskopické experimenty charakterizující plazmová prostředí (prostřednictvím iontové a elektronové teploty, hustoty, distribuce rychlostí a náboje iontů) tedy poskytují komplexní informace o silně korelovaném plazmatu a přispívají k jeho praktickým aplikacím.

Vybrané publikace:
[1] Renner O. et al: Rev. Sci. Instr. 68, 2393 (1997); 70, 3025 (1999); 75, 4569 (2004).
[2] Renner O., Uschmann I., Förster E.: Diagnostic potential of advanced x-ray spectroscopy for investigation of hot dense plasmas. Laser Part. Beams 22 , 25 (2004).
[3] Rosmej F.B., Lisitsa V.S., Schott R., Dalimier E., Riley D., Delserieys A., Renner O., Krousky E.: Charge exchange driven X-ray emission from highly ionized plasma jets. Europhys. Lett. 76, 815 (2006).
[4] Renner O., Adámek P., Dalimier E., Delserieys A., Krousky E., Limpouch J., Liska R., Riley D., Rosmej F.B., Schott R.: Spectroscopic characterization of ion collisions and trapping at laser irradiated double-foil targets. High Energy Density Phys. 3, 211 (2007).
[5] Renner O., Liska R., Rosmej F.B.: Laser–produced plasma–wall interaction. Laser and Particle Beams, 27, 725 (2009).
[6] Renner O., Kerr F.M., Wolfrum E., Hawreliak J., Chambers D.M., Rose S.J., Wark J.S., Scott H.A., Patel P.: Radiation transfer effects on the spectra of laser-generated plasmas. Phys. Rev. Lett. 96, 185002 (2006).
[7] Dalimier E., Oks E., Renner O., Schott R: Experimental determination of rate coefficients of charge exchange from x-dips in laser-produced plasmas. J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 40, 909 (2007).
[8] Rosmej F.B., Lisitsa V.S., Schott R., Dalimier E., Riley D., Delserieys A., Renner O., Krousky E.: Charge exchange driven X-ray emission from highly ionized plasma jets. Europhys. Lett. 76, 815 (2006).
[9] Renner O., Peyrusse O., Sondhauss P., Förster E.: Indication of single-frequency electric fields in hydrogenic aluminum emission from laser-produced plasma. J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 33, L151 (2000).
[10] Krasniqi F., Renner O., Dalimier E., Dufour E., Schott R., Förster E.: Possibility of plasma density diagnostics using Langmuir-wave-caused dips observed in dense laser plasmas. Eur. Phys. J. D 39, 439 (2006).
[11] Sauvan P., Dalimier E., Oks E., Renner O., Weber S., Riconda C.: Spectroscopic diagnostic of plasma interaction with an external oscillatory field. J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 42, 195001 (2009).